荷叶为什么不沾水？

小南

     在雨后的公园里我们常常能看到荷叶上的水滴接连滑落或者积攒在荷叶中央，泥沙也很难附着在其表面，为什么荷叶能始终保持清洁呢？这就是神奇的“荷叶效应”。荷叶在我们这些观赏者眼里是光滑的，但在显微镜下却并非如此，德国植物学教授W.Barthlott等人对荷叶表面进行研究发现荷叶表面存在着蜡晶和无数的微米尺寸的乳突，它们与荷叶的自清洁特征联系颇深，那么荷叶具体是如何依托它们实现自洁的呢？

    一方面是依托乳突之间形成的空气，荷叶表面的乳突平均大小约为10微米，平均间距约12微米，而每个乳突上都有许多直径为200纳米左右的突起，这些突起之间的凹陷部分充满空气，紧贴叶面形成一层纳米级厚的空气层，但灰尘、雨水的结构尺寸远大于此，因此雨水无法接触到荷叶表面，而是在张力表面作用下形成球状。然而它之所以能够在荷叶上快速滚动还与莲花上的接触角有关。水滴在莲叶上的表面接触角很大，与空气间的接口张力很低，难以湿润荷花表面。

    另一方面则是依托蜡晶形成的接触角。荷花表面附着的蜡能够形成大于90°的接触角，使雨水能够在重力作用下滑落，而不是附着在荷叶表面。中国科学院的江雷院士团队在此基础上深入研究发现水在荷花叶面上能够实现大于140°的接触角，比蜡晶形成的接触角大很多，这是因为在荷叶表面微米结构的乳突上存在纳米结构。微米结构和纳米结构相结合形成阶层结构成为引起表面超疏水的根本原因，这种结构下的疏水表面具有较大的静态接触角和较小的滚动接触角，这就是为什么雨水能形成小球将灰尘带离叶面的原因。

    基于这一原理疏水性自洁涂层材料得到了发明应用，这种涂层十分的轻薄无法被肉眼所捕捉，却能够填平凹凸不平的材料表面让各类材料免受水滴和灰尘的侵蚀。在玻璃、大力士和瓷砖的清洁方面得到了广泛的应用，在农业、军工、建筑、纺织领域也有很大的应用前景。在目前这项公益还不够完善，在于涂料自身的耐久性不强，植物自身具有较强的新陈代谢能力，能够实现其表层结构的常用常新，我们人工构建的自清洁表面却无法具备这一能力，因此难以抵抗使用过程中所产生的腐蚀和磨损。